Фізики з ЦЕРН створили пристрій, який допоможе розкрити головний секрет антиматерії

Фізики багато знають про субатомні частинки, які становлять звичайну матерію, але також важливо розуміти частинки, які становлять антиматерію. Головна відмінність між матерією та антиматерією полягає в тому, що вони мають протилежні електричні заряди. Наприклад, антиматерія складається з антипротонів і позитронів, а ці частинки схожі на протони та електрони відповідно, але з протилежними зарядами. Вивчення антиматерії та її частинок може відкрити нові типи джерел енергії та багато інших аспектів Всесвіту, які поки що невідомі. У дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters, фізики з ЦЕРН представили революційний пристрій для охолодження антипротонів, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Навіщо охолоджувати антипротони?

Щоб вивчати антиматерію, фізики зіштовхують частинки, такі як антипротони і позитрони, у Великому адронному колайдері. Але ці частинки потрібно охолоджувати під час їхнього руху. Це пов'язано з тим, що холодніші антипротони рухаються повільніше, що спрощує управління ними та вивчення їхніх властивостей із великою точністю. Така точність має вирішальне значення для точних експериментів і вимірювань.

Наприклад, якщо ви хочете дізнатися магнітний момент антипротона, потрібно виміряти частоту спінових квантових переходів, які також називаються переворотами спіна. Але спін антипротона продовжує змінюватися під час впливу магнітного поля. Тому можна виміряти частоту перевороту спіна тільки тоді, коли антипротон рухається повільно.

За словами фізиків, щоб отримати чіткий вимір спінових переходів антипротона, потрібно охолодити частинку до температури мінус 272,95 градуса Цельсія. Фізики вивчають магнітні моменти протонів і антипротонів, щоб виявити будь-які відмінності між матерією та антиматерією.

Охолодження антипротонів за допомогою нового пристрою

Раніше вчені створили установку, за допомогою якої було потрібно приблизно 15 годин для охолодження антипротонів. Оскільки потрібно виконати 1000 циклів вимірювань, то в цьому випадку знадобилося б три роки безперервних вимірювань. Щоб подолати цю проблему, фізики створили новий пристрій для охолодження античастинок.

Спочатку антипротони сповільнюються за допомогою сповільнювача антипротонів і антипротонного кільця наднизької енергії. На наступному етапі антипротони утримуються в пастці Пеннінга, пристрої, що використовується для утримання заряджених частинок за допомогою магнітних і електричних полів.

Потім антипротон витягується в систему, що складається з двох пасток Пеннінга. Перша пастка вимірює температуру частинки. Якщо вона занадто висока, антипротон переноситься в другу пастку для охолодження. Потім частинка переміщається між двома пастками, поки не буде досягнута бажана температура, пояснюють фізики.

Ця установка може охолодити антипротон всього за вісім хвилин, а це означає, що 1000 циклів вимірювань можна провести протягом місяця.

Секрет антиматерії

Всесвіт складається з темної енергії (69%) і темної матерії (26%). Частина, що залишилася, в основному складається зі звичайної матерії (5%), а антиматерія становить лише малу частину Всесвіту. Але так було не завжди. Під час Великого вибуху мала виникнути рівна кількість матерії та антиматерії в ранньому Всесвіті. Але сьогодні антиматерії дуже мало. Мабуть, щось сталося, але поки не зрозуміло, що саме.

За словами фізиків, глибше розуміння антиматерії допоможе пояснити, чому її так мало у Всесвіті. Саме в цьому допоможе новий пристрій. Його здатність швидко охолоджувати антипротони має вирішальне значення для вивчення антиматерії та її фундаментальних частинок з більш високою точністю.

Як уже писав Фокус, у найбільшої чорної діри у Всесвіті є секрет. Ця чорна діра кидає виклик теорії, але це дозволило їй вирости до неймовірно величезного розміру.